專利名稱：可攜式供氫系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可攜式供氫系統(Hydrogen supply system)，用以氣體型式供應氫給一使用氫的裝置(Hydrogen-using device)，例如，燃料電池(Fuelcell)、氣相層析儀(Gas chromatography system)或熒光光譜分析儀(Fluorescence spectrometer)等裝置。
背景技術：
先前的氫氣供應系統，其儲存氫氣的型態，多為氣態及液態兩種形態。由于氣態氫、液態氫有易燃的特性，因此，先前的氫氣供應系統會讓人擔憂有引發爆炸的危險。為降低先前的氫氣供應系統的危險性，先前的氫氣供應系統都會加以牢固地固定，以防傾倒引發爆炸，也因此，先前的氫氣供應系統無法設計成可攜式的供氫系統。
隨著固態儲存氫技術的開發，亦即儲氫合金(Hydrogen storage alloy)的開發，用以儲存氫的裝置的安全性也隨之大幅提升。然而，以往運用儲氫合金的裝置，大多為間接地使用氫。舉例說明，于常見的運用儲氫合金的裝置中，氫并不以直接消耗的方式(例如，燃燒)運作，而以電化學反應的方式將化學能直接轉換成電能的電池，例如，鎳氫電池(Nickel-metal hydride battery)、燃料電池等。以燃料電池為例，收納儲氫合金的儲氫罐(Hydrogen storage canister)為燃料電池的固定式組件。此外，由于儲氫合金具有在產生吸氫/放氫的化學反應(可逆反應)的過程中，伴隨著放熱/吸熱的熱反應(可逆反應)的特性，因此，亦有運用儲氫合金的熱交換器被開發。然而，與燃料電池相同，收納儲氫合金的儲氫罐亦為上述熱交換器的固定式組件。
因此，本發明的一目的在于提供一種供氫系統，用以安全地儲存氫原子，并且以氣體型式供應氫給一使用氫的裝置使用，例如，燃料電池、氣相層析儀或熒光光譜分析儀等裝置。特別地，根據本發明的供氫系統設計成可攜式。借此，確保需使用到上述使用氫的裝置的場所的安全。也借此，確保氫源(Hydrogen source)在運輸上的安全性，也提升氫源在運輸上的便利性。也借此，讓上述使用氫的裝置若為可攜式的裝置(例如，可攜式氣相層析儀)，搭配可攜式供氫系統，將大幅增加可攜式使用氫的裝置于現場(In situ)使用的可行性。也借此，可改變燃料電池中供氫系統為非固定式、可更換的系統。
發明內容
本發明的一目的在于提供一種可攜式供氫系統，用以安全地儲存氫原子，并且以氣體型式供應氫給一使用氫的裝置使用，例如，燃料電池、氣相層析儀或熒光光譜分析儀等裝置。
根據本發明的一較佳具體實施例的供氫系統，其包含一座體、至少一個儲氫罐、一管線裝置以及一控制閥。該座體具有一安設于其內部的第一隔板以及一內壁。每一個儲氫槽皆收納一儲氫合金。該至少一個儲氫罐彼此皆隔開，并且皆固定至該第一隔板上。每一個儲氫罐皆具有一個別的并露在該第一隔板與該內壁之間的開口。該管線裝置具有一第一端以及一第二端。該管線裝置的第一端分別密封地連接至每一個儲氫罐的開口。該管線裝置的第二端露于該座體之外。一進/出氣端口提供于該管線裝置的第二端處。該控制閥裝設于該管線裝置上近該進/出氣端口處。當該供氫系統先前即吸氫至每一個個儲氫罐內，并且與一使用氫的裝置連結時，該供氫系統則于該進/出氣端口處供應具有一穩定壓力的氫氣給該使用氫的裝置，并且由該供氫系統所供應的氫氣的壓力能通過調整該控制閥來改變。
關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附附圖得到進一步的了解。
圖1A為繪示根據本發明的較佳具體實施例的供氫系統1的內部構造。
圖1B為繪示根據本發明的較佳具體實施例的供氫系統1的外觀。
圖2為繪示可協助該供氫系統1內部空氣流通的風扇模塊2。
圖3A為繪示圖1A中所述儲氫罐14以另一形式的排列。
圖3B為繪示圖3A所繪示的供氫系統1的外觀。
圖4為繪示以根據本發明的供氫系統1做為一單元所架構成的供氫系統組合2。
圖5為繪示圖1A的供氫系統1，其加裝另一組管線裝置及控制閥。
其中，附圖標記說明如下1 供氫系統 12 座體122 第一隔板 124 內壁126 第二隔板 128 外殼1282通氣孔 13 把手14 儲氫罐 16、16’進/出氣端口18、18’控制閥 2 風扇模塊22 送風孔 3 供氫系統組合具體實施方式
本發明提供一種可攜式供氫系統，用以安全地儲存氫原子，并且以氣體型式供應氫給一使用氫的裝置使用。以下將詳述本發明的較佳具體實施例，借以充分解說本發明的特征、精神、優點以及應用上的簡便性。
請參閱圖1A以及圖1B所示，其描繪根據本發明的一較佳具體實施例的供氫系統1。圖1A繪示該供氫系統1的內部構造。圖1B繪示該供氫系統1的外觀。
如圖1A所示，該供氫系統1包含一座體(Housing)12、至少一個儲氫罐(Hydrogen storage canister)14(例如，圖1A中所繪示的四個儲氫罐14)、一管線裝置(Piping means)以及一控制閥(Control valve)18。
如圖1A所示，該座體12具有一安設于其內部的第一隔板(Partition)122以及一內壁124。
每一個儲氫槽14皆收納一儲氫合金。誠如上文所述，儲氫合金具有在產生吸氫/放氫的化學反應過程中，伴隨著放熱/吸熱的熱反應。因此，每一個儲氫罐14在放氫時，其周圍溫度會下降，進而影響到鄰近的儲氫罐14放氫的反應減緩。為了降低所述儲氫罐14在吸/放氫時彼此間的影響，所述儲氫罐14彼此皆隔開，并做適當地排列，如圖1A所示，該四個儲氫罐14做矩陣式的排列，以利所述儲氫罐14在吸/放氫時，其周圍的空氣能流通。
如圖1B所示，該座體12并且具有一外殼128，該外殼其上提供有多個通氣孔(Ventilator)1282以及至少一個把手(Handle)13。提供多個通氣孔1282的用意，是促使該供氫系統1內部的空氣能流通至外部，以降低所述儲氫罐14在吸/放氫時彼此間的影響。該把手13設計的用意，讓該供氫系統更方便攜帶。
同樣示于圖1A，所述儲氫罐14并且皆固定至該第一隔板122上。設立該第一隔板122的用意，是讓所述儲氫罐14不直接接觸到該座體12的外殼128，以避免所述儲氫罐14在吸/放氫時，該座體12的外殼128發燙或結霜。該座體12的底座亦可以留有通氣孔。底座設有通氣孔的供氫系統1可架在如圖2所示的風扇模塊2。裝設在該風扇模塊2內的風扇將冷空氣通過送風孔22，再經過該供氫系統1的底座上的通氣孔，送入該供氫系統1內，以更佳促使該供氫系統1內部的空氣流通，進而維持所述個儲氫罐14在吸/放氫時的效率。
如圖1A所示，每一個儲氫罐14皆具有一個別的并露在該第一隔板122與該內壁124之間的開口(Opening)。
為了穩固所述儲氫罐14，同樣示于圖1A中，該座體12并且具有一第二隔板126，所述儲氫罐14固定于該第一隔板122與該第二隔板126之間。除了穩固所述儲氫罐14之外，設立該第二隔板122的用意，亦讓所述儲氫罐14不直接接觸到該座體12的外殼128，以避免所述儲氫罐14在吸/放氫時，該座體12的外殼128發燙或結霜。
如圖1A所示，該管線裝置具有一第一端以及一第二端。該管線裝置的第一端分別密封地連接至每一個儲氫罐14的開口。該管線裝置的第二端露于該座體12之外。一進/出氣端口(Port)16提供于該管線裝置的第二端處。
關于該供氫系統1的內部的變化，請見圖3A以及圖3B所示。圖3A繪示該供氫系統1其內部構造的變化。圖3B繪示圖3A所繪示的供氫系統1的外觀。
請見圖3A所示，該四個儲氫罐14彼此皆隔開，并且做單列式地排列，以利所述儲氫罐14在吸/放氫時，其周圍的空氣能流通。于圖3B中具有與圖1B相同號碼標記的構件，其同樣執行圖2中相對應單元所具有的功能，在此不做贅述。
儲氫合金皆具有于PCI(Pressure-composition-isotherm)曲線上呈現平臺壓力(Plateau pressure)的特性。該供氫系統1于使用前，可連接壓力高過所述儲氫罐14所收納的儲氫合金的平臺壓力的氫源，即可將氫充入該供氫系統1內，并儲存于所述儲氫罐14內。
當該供氫系統1先前即吸氫至每一個儲氫罐14內，并且與一使用氫的裝置(未繪示于圖中)連結時，通過該儲氫合金于放氫時具有平臺壓力的特性，該供氫系統1則于該進/出氣端口16處供應具有一穩定壓力的氫氣給該使用氫的裝置。由該供氫系統1所供應的氫氣的壓力，能通過調整該控制閥18來改變。
于一具體實施例中，該儲氫合金為一AB5型態合金并且表示成Lm(NixMy)。其中，Lm是一富鑭混合稀土金屬(La-rich misch metal)，至少包含鑭(La)元素，并且與鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)以及釤(Sm)等元素所組成。Ni為鎳元素。M由鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、錫(Sn)以及鈣(Ca)等元素所組成。x、y為摩爾數，4.0≤x≤5.0，0≤y≤1.0，并且x+y＝5。
于另一具體實施例中，當鑭元素達到該儲氫合金中Lm的70至90wt.％(重量百分比)的量，并且鈰元素達到該儲氫合金中Lm的5至25wt.％的量時，通過將該控制閥18完全地打開，該供氫系統1所供應的氫氣的壓力于室溫下等于或高于0.2Mpa。
于一具體實施例中，當鑭元素達到該儲氫合金中Lm的50至70wt.％的量，并且鈰元素達到該儲氫合金中Lm的25至45wt.％的量時，通過將該控制閥18完全地打開，該供氫系統1所供應的氫氣的壓力于室溫下等于或高于0.7Mpa。
于實際應用時，該供氫系統1事先與一氫氣源連接，讓氫氣源內的氫以原子型態儲存至每一個儲氫罐14內的儲氫合金。需注意的是，該氫氣源內氫氣的壓力必須高過該供氫系統1事后供應的氫氣的壓力。
于一具體實施例中，該使用氫的裝置可以是燃料電池、氣相層析儀、熒光光譜分析儀，或其它直接使用氫源的裝置。
根據本發明的供氫系統，除了單獨使用之外，如圖4所示，亦可以將根據本發明的供氫系統1做為一單元，彼此串連進而架構成一供氫系統組合3。
根據本發明的供氫系統亦可做為氫氣過濾器(Hydrogen filter)，以純化一氫氣源內的氫氣。以圖1A或圖3A所繪示的供氫系統1為例，若氫氣源的氫氣的純度原為99.99％，該氫氣源先行供應氫氣至該供氫系統1內，再由該供氫系統1提供的氫氣的純度至少可高達99.9995％。
需補充說明的，半導體相關制程中，常常需使用到高純度氫氣。例如，氫氣被使用做為與三氯硅烷(Trichlorosilane)反應的反應氣體，進而形成磊晶硅(Epitaxial silicon)。然而，從高純度氫氣燃燒中所產生的水蒸氣，會進而與氧氣反應，助長熱氧化物(Themal oxide)的生長。因此，現行工業制成上使用高純度氫氣時，對于氫氣的純度都有嚴格規定。關于一些使用到高純度氫氣的工業制程，其對氫氣的純度的要求，列于表一供參考。
表一
現行高純度氫氣大多在高壓、低溫的狀態下運送。然而，高純度氫氣在轉載、運送的過程中，必定會有雜質滲入，進而降低純度。制造商在使用運送到的高純度氫氣之前，勢必要輔以價格昂貴、結構復雜的氫氣過濾器，來過濾運送到的氫氣，讓其純度達到制造上對氫氣的純度的要求。
根據本發明的供氫系統亦可做為價格較低廉、結構簡單的氫氣過濾器。除了上文中所提及，具有單一進/出氣端口的供氫系統可將純度為99.99％的氫氣過濾成純度達99.9995％的氫氣。如圖5所示，圖1A中所披露的供氫系統1額外加裝另一組管線裝置及控制閥18’，以使該供氫系統1具有兩個進/出氣端口(16以及16’)。該另一組管線裝置及控制閥18’的設置方式與原有管線及原有控制閥18的設置方式相同。該座體12及每一個儲氫罐14在結構上與該另一組管線裝置及控制閥18’的配合，亦與原有管線裝置及控制閥18的配合相同。當圖5所示的供氫系統1與一氫氣源相連接時，該氫氣源內的氫氣可由該供氫系統1的一個一進/出氣端口(例如，進氣端口16)進氣，而從該供氫系統1的另一個一進/出氣端口(例如，進氣端口16’)排出。若該氫氣源內氫氣的純度為99.99％時，該氫氣源內氫氣經由圖5所示的供氫系統1循環過濾，其氫氣的純度至少可高達99.9999％，以符合超大規模集成電路級對氫氣純度的要求。
總結本發明的特征以及優點在此列舉如下(a)根據本發明的供氫系統安全地儲存氫原子，并且以氣體型式供應氫給使用氫的裝置使用，借此，確保需使用到所述使用氫的裝置的場所的安全，也借此，確保氫源在運輸上的安全性；(b)根據本發明的供氫系統為可攜式供氫系統，借此，提升氫源在運輸上的便利性，也借此，讓可攜式使用氫的裝置，搭配可攜式供氫系統，將大幅增加可攜式使用氫的裝置于現場使用的可行性；以及(c)根據本發明的供氫系統為可攜式供氫系統，借此，可改變燃料電池中供氫系統為非固定式、可更換的系統。
通過以上較佳具體實施例的詳述，希望能更加清楚描述本發明的特征與精神，而并非以上述所披露的較佳具體實施例來對本發明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發明所欲申請的專利范圍的范疇內。
權利要求
1.一種可攜式供氫系統，該供氫系統用以安全地儲存氫原子并且能以氣體型式供應氫給一使用氫的裝置，該供氫系統包含一座體，該座體具有一安設于其內部的第一隔板以及一內壁；至少一個儲氫罐，每一個儲氫槽皆收納一儲氫合金，該至少一個儲氫罐彼此皆隔開并且皆固定至該第一隔板上，每一個儲氫罐皆具有一個別的并露在該第一隔板與該內壁之間的開口；一管線裝置，該管線裝置具有一第一端以及一第二端，該管線裝置的第一端分別密封地連接至每一個儲氫罐的開口，該管線裝置的第二端露于該座體之外，一進/出氣端口提供于該管線裝置的第二端處；以及一控制閥，該控制閥裝設于該管線裝置上近該進/出氣端口處；其中當該供氫系統先前即吸氫至每一個儲氫罐內，并且與該使用氫的裝置連結時，該供氫系統則于該進/出氣端口處供應具有一穩定壓力的氫氣給該使用氫的裝置，并且由該供氫系統所供應的氫氣的壓力能通過調整該控制閥來改變。
2.如權利要求1所述的供氫系統，其中該儲氫合金為一AB5型合金并且表示成Lm(NixMy)，Lm為一富鑭混合稀土金屬并且包含鑭以及選自由鈰、鐠、釹以及釤所組成的一群組中的至少一個元素，Ni為鎳元素，M包含選自由鋁、鈦、鋯、錫以及鈣所組成的一群組中的至少一個元素，x、y為摩爾數，4.0≤x≤5.0，0≤y≤1.0，并且x+y＝5。
3.如權利要求2所述的供氫系統，其中當鑭元素達到該儲氫合金中Lm的70至90wt.％(重量百分比)的量，并且鈰元素達到該儲氫合金中Lm的5至25wt.％的量時，通過將該控制閥完全地打開該供氫系統所供應的氫氣的壓力于室溫下等于或高于0.2Mpa。
4.如權利要求2所述的供氫系統，其中當鑭元素達到該儲氫合金中Lm的50至70wt.％的量，并且鈰元素達到該儲氫合金的25至45wt.％的量時，通過將該控制閥完全地打開該供氫系統所供應的氫氣的壓力于室溫下等于或高于0.7Mpa。
5.如權利要求1所述的供氫系統，其中該使用氫的裝置選自由一燃料電池、一氣相層析儀以及一熒光光譜分析儀所組成的一群組中的一個裝置。
6.如權利要求1所述的供氫系統，其中該座體還具有一第二隔板，該至少一個儲氫罐固定于該第一隔板與該第二隔板之間。
7.如權利要求1所述的供氫系統，其中該座體還具有一外殼，該外殼上提供有多個通氣孔以及至少一個把手。
8.一種供氫系統，該供氫系統能與一氫氣源連接，該供氫系統包含一座體，該座體具有一安設于其內部的第一隔板以及一第一內壁；至少一個儲氫罐，每一個儲氫槽皆收納一儲氫合金，該至少一個儲氫罐彼此皆隔開并且皆固定至該第一隔板上，每一個儲氫罐皆具有一個別的并露在該第一隔板與該第一內壁之間的第一開口；一第一管線裝置，該第一管線裝置具有一第一端以及一第二端，該第一管線裝置的第一端分別密封地連接至每一個儲氫罐的第一開口，該第一管線裝置的第二端露于該座體之外，一第一進/出氣端口提供于該第一管線裝置的第二端處；以及一第一控制閥，該第一控制閥裝設于該第一管線裝置上近該第一進/出氣端口處；其中當該供氫系統與該氫氣源連接時，該供氫系統以氫原子型態儲存該氫氣源排入的氫，并且以氣體型式排出氫給該氫氣源，并且排入至該供氫系統內及由該供氫系統排出的氫氣的壓力能通過調整該第一控制閥來改變。
9.如權利要求8所述的供氫系統，其中該儲氫合金為一AB5型合金并且表示成Lm(NixMy)，Lm為一富鑭混合稀土金屬并且包含鑭以及選自由鈰、鐠、釹以及釤所組成的一群組中的至少一個元素，Ni為鎳元素，M包含選自由鋁、鈦、鋯、錫以及鈣所組成的一群組中的至少一個元素，x、y為摩爾數，4.0≤x≤5.0，0≤y≤1.0，并且x+y＝5。
10.如權利要求9所述的供氫系統，其中當鑭元素達到該儲氫合金中Lm的70至90wt.％(重量百分比)的量，并且鈰元素達到該儲氫合金中Lm的5至25wt.％的量時，通過將該控制閥完全地打開該供氫系統所供應的氫氣的壓力于室溫下等于或高于0.2Mpa。
11.如權利要求9所述的供氫系統，其中當鑭元素達到該儲氫合金中Lm的50至70wt.％的量，并且鈰元素達到該儲氫合金的25至45wt.％的量時，通過將該控制閥完全地打開該供氫系統所供應的氫氣的壓力于室溫下等于或高于0.7Mpa。
12.如權利要求8所述的供氫系統，其中該座體并且具有一第二隔板及一第二內壁，該至少一個儲氫罐固定于該第一隔板與該第二隔板之間，每一個儲氫罐皆具有一個別的并露在該第二隔板與該第二內壁之間的第二開口。
13.如權利要求12所述的供氫系統，進一步包含一第二管線裝置，該第二管線裝置具有一第一端以及一第二端，該第二管線裝置的第一端分別密封地連接至每一個儲氫罐的第二開口，該第二管線裝置的第二端露于該座體之外，一第二進/出氣端口提供于該第二管線裝置的第二端處；以及一第二控制閥，該第二控制閥裝設于該第二管線裝置上近該第二進/出氣端口處；其中當該供氫系統與該氫氣源連接時，該氫氣源內的氫由該第一進/出氣端口排入至該供氫系統內，并且從該第二進/出氣端口排出回該氫氣源內，并且排入至該供氫系統內的氫氣的壓力能通過調整該第一控制閥來改變，由該供氫系統排出的氫氣的壓力能通過調整該第二控制閥來改變。
全文摘要
本發明提供一種可攜式供氫系統，用以安全地儲存氫原子并且能以氣體型式供應氫給一使用氫的裝置。該供氫系統包含至少一個儲氫罐以及一控制閥，并且提供一進/出氣端口。當該供氫系統先前即吸氫至每一個儲氫罐內，并且與該使用氫的裝置連結時，該供氫系統則于該進/出氣端口處供應具有一穩定壓力的氫氣給該使用氫的裝置，并且由該供氫系統所供應的氫氣的壓力能通過調整該控制閥來改變。
文檔編號F17C13/00GK1755186SQ200410012030
公開日2006年4月5日 申請日期2004年9月28日 優先權日2004年9月28日
發明者施志剛, 黃先進, 安憶心 申請人:漢氫科技股份有限公司